奥氏体的热稳定化优化建议：如何实现奥氏体的热稳定化？

淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留而引起奥氏体的稳定性提高，使马氏体转变迟滞的现象称为奥氏体的热稳定化。

前已述及，在一般冷却条件下降温形成马氏体的转变量只取决于最终冷却温度，而与时间无关。但若在淬火过程中于某一温度停留一段时间后再继续冷却，则马氏体转变量与温度的关系会发生变化。如图15-32所示，在Ms点以下TA温度停留一段时间后再继续冷却，则马氏体转变并不立即恢复，而是要冷至温度后才重新形成马氏体，即要滞后θ（θ=TA—）度后相变才能继续进行。与正常冷却相比，在相同温度TR（如室温）下的转变量减少了δ（δ=M1-M2）或残余奥氏体量增加了δ。δ值的大小与测定温度TR有关。奥氏体的热稳定化程度可以用滞后温度间隔θ或某一温度下残余奥氏体增量δ来度量。

图15-32　Ms点以下奥氏体热稳定化现象示意图

研究表明，奥氏体的热稳定化有一个温度上限，常以Mc表示。在Mc点以上等温停留时并不产生热稳定化，只有在Mc点以下等温停留或缓慢冷却时才会引起热稳定化。对于不同的钢种，Mc点可以低于Ms点，也可以高于Ms点。对于Mc点高于Ms点的钢种，在Ms点以上等温或缓慢冷却时也会产生热稳定化现象。一般情况下，等温温度越高，淬火后获得的马氏体量就越少，即δ值就越大，这说明奥氏体热稳定化程度也就越高。但当等温温度超过一定限度后，随着等温温度的升高，奥氏体稳定化的程度反而下降，这种现象，被称为反稳定化。

影响热稳定化的主要因素是等温温度和等温时间。图15-33是Fe-31Ni-0.01C合金经奥氏体化后先冷至一定温度使之形成57%的马氏体，然后再升至不同温度，等温停留一段时间后冷却，所测得的等温停留时间对滞后温度θ的影响。由图可见，等温停留温度越高，热稳定化速度越快，能够达到的最大稳定化程度就越低。由图还可以看到，不论在哪一温度停留，热稳定化程度均随着等温时间延长而先增后减，当减至某一数值后不再减小，达到稳定值。等温温度越高，达到稳定时的θ值减小。当等温温度趋至Mc点时，θ值趋于零。因此，等温停留时间越短，温度越高，热稳定化程度越大；等温停留时间长时恰恰相反，温度越高，稳定化程度越低。

对于不同成分的钢，温度和停留时间对奥氏体稳定化的影响规律不完全相同。例如，图15-34中温度和停留时间对奥氏体稳定化的影响规律不完全相同。图15-34中温度和停留时间对Fe-0.96C-2.97Mn-0.48Cr-0.4Si-0.21Ni低合金钢奥氏体稳定化的影响就与图15-33不同。由图可见，该钢在一定的等温温度下，停留时间越长，则达到的奥氏体稳定化程度就越高；等温温度越高，达到最大热稳定化程度所需的时间就越短。

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图15-33　等温温度和停留时间对Fe-31Ni-0.01C合金钢奥氏体热稳定化程度的影响（已转变的马氏体量为57%）

图15-34　等温温度和停留时间对Fe-0.96C-2.97Mn-0.48Cr-0.4Si-0.21Ni低合金钢奥氏体稳定化的影响

已转变的马氏体量对奥氏体的热稳定化程度也有很大影响，奥氏体的热稳定化程度随已转变马氏体量的增多而增大。这说明马氏体形成时对周围奥氏体的机械作用促进了奥氏体热稳定化程度的发展。所以，在研究奥氏体热稳定化的影响因素时，均需固定马氏体的转变量。

化学成分对奥氏体的热稳定化有明显的影响，其中尤以C和N最为重要。在Fe-Ni合金中，只有当C和N的总含量超过0.01%时才能发生热稳定化现象。无碳的Fe-Ni合金无热稳定化现象。在钢中，碳含量增高可使奥氏体的热稳定化程度增大。钢中常见的碳化物形成元素Cr、Mo、V等都有促进热稳定化的作用；而非碳化物形成元素Ni、Si等对热稳定化的影响不大。

关于奥氏体热稳定化的机制，人们推测可能与原子的热运动有关，即认为是由于C、N原子在适当温度下向晶体点阵缺陷处偏聚（C、N原子钉扎位错），因而强化了奥氏体，使马氏体相变的切变阻力增大所致。根据马氏体相变的位错形核理论，在等温停留时，C、N原子向马氏体核胚的位错界面偏聚，包围马氏体核胚，直至足以钉扎它，阻止其长大成马氏体晶核。所以滞后温度θ值的意义是为了获得额外的化学驱动力以克服由于C、N原子钉扎位错界面而增加的相变阻力所需要的过冷度。按照这个模型，热稳定化程度应与界面钉扎强度（或界面上溶质原子浓度）成正比。这种理论上预见的热稳定化动力学与实验结果基本符合。在Fe-Ni合金中测得，奥氏体热稳定化时屈服强度升高l3%，因而使马氏体相变的切变阻力增大，引起Ms点下降，而需要的相变驱动力相应地提高l8%。

按上述模型，若将已经热稳定化的奥氏体加热至一定温度以上，这时，由于原子热运动增强，溶质原子又会扩散离去，使热稳定化作用下降甚至消失，这就是所谓的反稳定化。反稳定化的温度因钢种和热处理工艺的不同而不同。高速钢中出现反稳定化的温度为500～550℃。实际上，高速钢多次回火工艺即为反稳定化理论的实际应用。

热稳定化奥氏体经反稳定化处理后，如重新冷却，随着温度下降，原子热运动减弱，溶质原子向界面偏聚的倾向又逐渐增大，因此，热稳定化现象会再次出现。试验证明，高碳钢（W18Cr4V，Crl2Mn）的热稳定化现象的确是可逆的。